履帶式液壓挖掘機(jī)之行走裝置的設(shè)計(jì)及校核

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1、第五章履帶式液壓挖掘機(jī)之行走裝置的設(shè)計(jì)及校核挖掘機(jī)的行走裝置有多種結(jié)構(gòu)形式，山場上常見的主耍有履帶式、輪式和步履式行走裝雖，K 主要功能是支掠和運(yùn)行，因此液斥挖掘機(jī)行走裝置應(yīng)盡最滿足以卜耍求：圖5-1不同形式的行走裝置（1）驅(qū)動(dòng)力：要冇較人的驅(qū)動(dòng)力，使挖掘機(jī)在濕軟或高低不平貝冇良好的爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能：（2）通過性：在不増人行走裝置高度的前提I、使挖掘機(jī)貝冇較人的離地間隙，以提高其不平地而 上的越野性能：（3）穩(wěn)定性：行走裝置具冇較人的支撐面積或較小的接地比壓，以提高挖掘機(jī)的穩(wěn)定性；（4）安全性：挖掘機(jī)在斜坡卜行時(shí)不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高挖掘機(jī)的安全性；（5）方便性：行走裝置的外形尺寸

2、應(yīng)符介道路運(yùn)輸?shù)囊蟆?.1履帶式行走裝置履帶式行走裝置是國內(nèi)外挖掘機(jī)市場上應(yīng)用最為普遍的-種結(jié)構(gòu)形式，It突出的優(yōu)點(diǎn)是：牽引 力人，接地比壓小，因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力強(qiáng)，且轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活。缺點(diǎn)：運(yùn)行速度低，運(yùn)彳亍和轉(zhuǎn)彎対功率消耗人，否部件磨損快，鋼履帯板易損壞路而一般只作 場地內(nèi)部運(yùn)行，長距離運(yùn)行時(shí)盂借用其它運(yùn)輸乍輛。5.1.1履帶式行走裝置組成履帶式行走裝置如圖5-2所示由“四輪一帶“（即引導(dǎo)輪2、支重輪6、托鏈輪7、驅(qū)動(dòng)輪8、 履帶3）,張緊裝置4,行走機(jī)構(gòu)9,行走架6,推土裝置1 （選用）組成。圖5-2履帶式行走裝置挖掘機(jī)行走運(yùn)行時(shí),馳動(dòng)輪在驅(qū)動(dòng)力矩的作用卜產(chǎn)生一個(gè)拉力

3、,企圖把履帶從支重輪卜拉出, 由J：支晅輪卜的履帯與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使整機(jī)克服阻力向前移動(dòng)使騾 動(dòng)輪卷動(dòng)履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而住挖掘機(jī)沿著履帶軌道向前持續(xù)運(yùn)行。挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，山安裝在兩條履帯上、分別山液壓泵供油的行走馬達(dá)通過對汕路的控制，很方 便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)挖捌機(jī)在各種地面、場地上運(yùn)動(dòng)。1.履帶履帶是將挖掘機(jī)的重力及工作和行走時(shí)的我荷傳給地面。挖掘機(jī)履帶按材質(zhì)可以分為鋼履帶與 橡膠履帶；鋼履帶耐磨性好，維修方便，經(jīng)濟(jì)性好因而運(yùn)用普及：橡膠履帶是為了保護(hù)路面不受損 傷一般運(yùn)用在小型液壓挖掘機(jī)上。鋼履帶由履帶板、鏈軌節(jié)、履帶銷軸和銷套等組成；

4、常用屜帶板分為單筋、雙筋和三筋三種， 單筋履帶板筋較鬲，易插入地而產(chǎn)生較人的牽引力，主耍用推土機(jī)上；雙筋履帶板筋稍矮易轉(zhuǎn) 向，且履帶板剛度較好，三筋履帶板由J：筋多，使屜帶板的強(qiáng)度和剛度都得以提高，承匝能力人， 所以在挖掘機(jī)上廣泛應(yīng)用，三筋履帶板上有四個(gè)聯(lián)接孔，中間有清泥孔，為鏈軌繞過驅(qū)動(dòng)輪時(shí)可借 助輪齒清除鏈軌節(jié)上的淤泥：相鄰兩履帶板制成搭接部分，防止履帶板之間夾進(jìn)石塊而產(chǎn)生過高的圖5-3履帶的典塑結(jié)構(gòu)及其組成1 一左鏈軌節(jié)2 右鏈軌節(jié)3 銷軸4 銷套5 鎖緊銷套（用戶組製特制）6 用燈7 鎖緊銷墊（用戶組裝特制8 鎖緊銷軸（用八組裝特制）9 一螺栓10-螺母11戕帝板噸位不同的挖掘機(jī)選用節(jié)

5、距不同的履帶，挖掘機(jī)用履帶的技術(shù)要求及規(guī)格尺寸可參考國家建筑 工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 57-1999,目前,該標(biāo)準(zhǔn)沒有涵蓋小挖和特大型挖掘機(jī)應(yīng)用的履帶規(guī)格,在這些 挖掘機(jī)履帶選型時(shí)，可根據(jù)機(jī)器的技術(shù)條件，參照履帶生產(chǎn)廠家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。表51液壓挖掘機(jī)用主耍履帶節(jié)距規(guī)格應(yīng)用機(jī)器質(zhì)量（噸）3. 59104040節(jié)距(iron)101135140154171175190203216229260317 2/242.支重輪挖掘機(jī)的匝力通過支暇輪傳給履帶，在挖掘和行走時(shí)還經(jīng)常受到?jīng)_擊，所以支貞輪所承受的載 荷很人，支貞輪的匸況惡劣，密封性耍求可靠；支車輪的布置設(shè)計(jì)需考慮履帶鏈軌的節(jié)距，以免引 起卜車共振現(xiàn)象。

6、挖堀機(jī)用支重輪的技術(shù)婆求及規(guī)格尺寸可參考國家建筑匸業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 59-1999液壓挖掘機(jī)支重輪以及生產(chǎn)廠家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。I 2934565278I1 一螺塞2 端蓋3 軸4 軸套5 浮動(dòng)油封6 浮動(dòng)油封環(huán)7 0形圈8 銷9 輪體圖5-4支重輪的典型結(jié)構(gòu)及其組成3.托鏈輪用J：托起上部履帶，防止苴過度卜連。在托鏈輪的布盤設(shè)計(jì)時(shí)，需考渥履帶脫離驅(qū)動(dòng)輪的離去 角和滑向引導(dǎo)倫的引入角，以減小履帯運(yùn)行過程時(shí)的內(nèi)阻。托鏈輪的結(jié)構(gòu)與支重輪類似，所以在仃 些挖掘機(jī)上用支重輪來替代。挖掘機(jī)用托鏈輪的技術(shù)要求及規(guī)格尺寸可參考國家建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JG/T 58-1999液壓挖掘機(jī)托鏈輪以及生產(chǎn)廠家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

7、圖5-5托鏈輪的典型結(jié)構(gòu)及其組成3/241 一端蓋2 螺塞3 螺釘4 一墊片5 軸套6 輪體7 浮動(dòng)油封8 浮動(dòng)油封環(huán)9 靖蓋10 軸4導(dǎo)向輪用r引導(dǎo)履帶正確運(yùn)轉(zhuǎn)，可以防止跑偏和越軌，人部分液壓挖掘機(jī)的導(dǎo)向輪同時(shí)起到了支重輪 的作用，這樣可增加履帶對地而的接觸而積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面人多制成光而，中間仃擋肩 環(huán)作b向用，兩側(cè)的環(huán)而則能支撐軌鏈起支巫輪的作用。導(dǎo)向輪的中間扌當(dāng)川環(huán)應(yīng)仃足夠的高度，兩 側(cè)邊的斜度要小，導(dǎo)向輪與最靠近的支重輪距離愈小則導(dǎo)向性能愈好。1 一輪體2 浮動(dòng)油封3 浮動(dòng)油封環(huán)4 一螺栓5 墊圈6 銷7 連接板8 密封圈9 滑軌10 軸套an圖5-6導(dǎo)向輪的典型結(jié)構(gòu)及其組成

8、5.驅(qū)動(dòng)輪圖5-7驅(qū)動(dòng)輪的典型結(jié)構(gòu)4/24用來將彳j走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞給履帶，因此対驅(qū)動(dòng)輪的主耍耍求肚嚙介平穩(wěn)，并在履帶因銷套磨 損而伸長時(shí)，仍能很好嚙介，不得仃“跳齒”現(xiàn)彖。履帶行走裝置的驅(qū)動(dòng)輪通常放在后部，這樣既 可縮短履帶張緊段的長度，減少功率損失，又可提高履帶的使用壽命。6. 張緊裝置：張緊裝置能夠調(diào)整履帶的張緊度，張緊裝置的彈費(fèi)半履帶行走時(shí)產(chǎn)生過人的阻力時(shí)迫使導(dǎo)向輪 向驅(qū)動(dòng)輪方向移動(dòng)，并壓縮彈贊，使履帶松馳，起到綏沖和保護(hù)作用。圖8張毀裝置的典型結(jié)構(gòu)及其組成1 一張緊油缸2 彈賃3 限位套4 支承座5 螺母6 螺釘7 組介燈圈8 加油工幾7. 行走機(jī)構(gòu)：行疋機(jī)構(gòu)包括行走馬達(dá)、彳淀減速機(jī)

9、和行走制動(dòng)閥。行走馬達(dá)-般為變彊軸向柱塞斜盤式，帶仃停車制動(dòng)器（濕式單片常閉式）。馬達(dá)宙來門泵的 壓力油操作旋轉(zhuǎn)，并將扭矩傳遞到行走減速裝宣。行走減速機(jī)為多級行星齒輪減速式，降低行走馬達(dá)的速度，増人行走馬達(dá)的扭矩，使驅(qū)動(dòng)輪和 履帶轉(zhuǎn)動(dòng)。行走制動(dòng)閥的作用是保護(hù)行走汕路O13 I s1 行走制動(dòng)閥2 行走馬達(dá)3 行走減速機(jī)圖5-9行走機(jī)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)及其組成8.行走架行走架一般由中間架與左右履帶梁組成，根據(jù)Jt結(jié)構(gòu)形式可分為X架（如圖5-10）與H架（如 圖5-11） 目前市場上又根據(jù)苴卜車寬度的是否變化分為固定式與伸縮式。圖5-10 X型行走架圖5-11伸縮式行走架# / 24# / 24圖5-1

10、2推土裝置9.推土裝置在小型挖掘機(jī)上，一般都裝白推土裝置其主耍功能是推土平地同時(shí)在挖掘作業(yè)時(shí)輔助支撐, 增加整機(jī)的穩(wěn)定性。1 推十鏟2 軸3 軸套4 一防塵圈5 螺栓6 螺母7 油杯8 護(hù)帕9 油缸5.1.2履帶式行走裝置布置設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)方式及步驟履帯行走裝置由丁運(yùn)行速度低，一般為1鴦km/h,因此設(shè)計(jì)時(shí)主耍保證支承性能，并兼顧運(yùn)行 性能，其步驟是：(1) 初定“四輪一帯”等仃關(guān)參數(shù)和行走系結(jié)構(gòu)布迓；(2) 計(jì)算承載能力，包括接地比壓和行走架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算；(3) 選擇行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，擬定行走液壓系統(tǒng)，確定行走液壓馬達(dá)主參數(shù)和減速器速比，驗(yàn)證行 走速度、爬坡能力和原地轉(zhuǎn)彎能力等。二、結(jié)構(gòu)布置及

11、參數(shù)(1) 履帶支承長度L,軌更B和履帶板寬度b應(yīng)合理匹配，使接地比壓，附著性能和轉(zhuǎn)彎性能均符介 要求:(2) 履帶節(jié)距t。和驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)z應(yīng)在滿足強(qiáng)度、剛度的情況卜盡可能取較小值以降低履帶高度：(3) 驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)一般為奇數(shù)，z=1923。為使H。不致過人，又兼顧履帶運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，當(dāng)t。取小值時(shí) 則z取大值，當(dāng)t。取大值時(shí)z取小值8 / 24# / 24驅(qū)動(dòng)輪節(jié)闘直徑式中：一驅(qū)動(dòng)輪與履帶銷銷嚙合次數(shù)，T(5-2)(4) 根據(jù)規(guī)格化后的t。和z確定“四輪”直徑:(5-1)(5丿托璉輪在現(xiàn)在設(shè)計(jì)中為了提高托鏈輪的可靠性，托璉輪常用支重輪來代替; 當(dāng)L2000mm時(shí).托鏈輪的個(gè)數(shù)為2, LtL/2；否

12、則，取1個(gè)。# / 24r（6丿履帶板總和：/? = (5-3)計(jì)算后再圓幣。式中：厶一履帶全長，r2L + -r0 + 丄1）。+ 24（5-4）2 12丿（7）履帶緩沖彈簧張緊力和工作行程的確定履帶彳J淀裝置的導(dǎo)向輪通過緩沖彈簧和張緊裝豐固定在履帶架上，它對沿履帶架滑動(dòng)以改變輪 距，保證履帶的拆裝，減少運(yùn)行過程中的沖擊，避免軌鏈脫軌。緩沖彈費(fèi)應(yīng)冇足夠的預(yù)緊力，該力應(yīng)保證緩沖彈簧不會(huì)因外來的微小沖擊而產(chǎn)生變形，引起履 帶跳動(dòng)或脫軌，但過人會(huì)惡化履帶架受力，加劇零部件磨損，降低行走裝置效率。緩沖彈簧安裝載荷:F=l. 35Fk(5-5)式中:Fk條履帶的牽引力,（N）緩沖彈簧剛度:K廠F/山-

13、厶）式中：尸一緩沖彈簧安裝載;荷；（N）Lo彈簧口由長度：（m）Li 彈簧安裝長度：（m） 彈簧承受垠人嚴(yán)荷時(shí)長度：Li o-(Fg/K。)(5-7)式中:Fmg ：緩沖彈簧繪人載荷；經(jīng)驗(yàn)值F叫嚴(yán)2F 彈簧理論壓縮行程：(5-8)彈簧理論斥縮行程應(yīng)小J：斥死行程：因驅(qū)動(dòng)輪會(huì)夾石行走，剛斥死行程應(yīng)人或等齒高。（8）行走系結(jié)構(gòu)布宣，根據(jù)已選定的輪距和四輪1徑確定四輪位宣支巫輪數(shù)吊根據(jù)履帯架的長短而泄?？拷鼘?dǎo)向輪的一個(gè)支重輪，應(yīng)保證導(dǎo)向輪在緩沖彳J：程屮不致受到干涉、靠近恥訓(xùn)輪的一個(gè)支重輪勿與從動(dòng)輪相硼：盡靈避免支呃輪打履帯軌鏈在行走時(shí)發(fā)件：共振。驅(qū)動(dòng)輪布置在后方可縮短履帶驅(qū)動(dòng)段的長度，減少功率損

14、失。托輪主要用來限制履帯上分支垂度和抑制翹帶跳動(dòng)。托輪 上輪緣平面的高度應(yīng)高丁驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓半徑,以便履帶脫離 驅(qū)動(dòng)輪的嚙介，便J：履帶借自幣;滑向?qū)蜉喓捅鉐：排泥；導(dǎo)向10 24輪，驅(qū)動(dòng)輪下方與支匝輪卜緣要冇一升變鼠，以防止剛性軌鏈在繞過導(dǎo)向輪時(shí)呈多角形的軌鏈節(jié)在 接地時(shí)頂起導(dǎo)向輪使整機(jī)搖見，升變吊為：圖5-14升變量示意圖*(l-cosa)(5-9)11 24# 24（9）行走相關(guān)計(jì)算A、行走機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速口(5-10)式中：Q進(jìn)入行走機(jī)構(gòu)流鼠；（L/min） i 一行走減速機(jī)速比；q 行走馬達(dá)排戰(zhàn)；（cm3 / rpm ） 久一行走馬達(dá)容積效率：B、行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)扭矩M(Nm)(5-11)式

15、中：P 進(jìn)入行走機(jī)構(gòu)壓力：（Mpa） q 行走馬達(dá)排眩；（cm3 / rpm ） 幾” 一行走減速機(jī)機(jī)械效率；(5-12)C、履帯式存走裝迓廳走速度VV = 30*n *Z *10% （km/h）式中：Z-驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)；Dk節(jié)惻直徑，（mm）D、履帯式行走裝置彳亍走牽引力(KN)式中:Z驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)：f。一履帶節(jié)銖（mm）# 245.1.3,履帶式行走裝置設(shè)計(jì)計(jì)算一、承載能力計(jì)算1、履帶接地比壓計(jì)算 1）平均接地比壓：履帶式液壓挖掘機(jī)的兩條履帶與水平地而完全接觸，J1整機(jī)重心在接地面積的幾何屮心，對地 面產(chǎn)生的壓力稱為平均接地比壓：卩=（5-13）72/L + O.35/7o）式中：P-履帯平均接

16、地比壓，（Pa）m 挖掘機(jī)的工作質(zhì)昴，（kg）；L 一履帶的接地長度，（m）b 履帶的寬度，（m）Ho履帶高度，（m）g 重力加速度，g=9.81m/s2o平均接地比壓是履帯式液壓挖掘機(jī)越野性能的一個(gè)重耍指標(biāo)，可以用來與同類型號(hào)產(chǎn)品作比 較。2）最大接地比壓：縱向最大接地比壓:當(dāng)工作裝置順著履帶方向，幣機(jī)幣:心在縱軸線上移動(dòng)時(shí)，令c示偏心距，剛履帶兩瑞的最人、最小接地比壓為:(5-14)式中：G 整機(jī)合力；當(dāng)靜置工況時(shí)：G=mg當(dāng)作業(yè)工況：Gmg+作業(yè)力的垂直分力當(dāng)偏心距離0 = 0時(shí)，比壓呈矩形分布：當(dāng)偏心距離eL/6時(shí)，比壓呈梯形分布；肖偏心距離e = L/6時(shí)，比壓呈三角形分布： 這時(shí)

17、= Paun = 0（見圖 514 I）當(dāng)偏心距離Le-l故宙以上可知,Al人縱向比壓比放人_ 3橫向比壓兒減少址人縱向比壓希塑加人色，但色過人會(huì)增加轉(zhuǎn)L L彎阻力。h 任2圖F16橫向接地比壓變化圖在任意方向的最大接地比壓當(dāng)工作裝置位與縱向小軸線成夾角為a (如圖5J7所示人 挖掘機(jī)合力G位J以色為半徑的 2圓弧上時(shí)，最大接地比壓：令合力G繞V軸的傾覆力矩m =丄GBcosa，對x軸的傾覆力矩m通過2 22屮隊(duì)+_ g) = GBcos a(5-18)p)bL = Gsina(5-19)p2bL+ pjb = G(5-20)由式(549)可得x =0 另 M、=0 G - 0 (/Gsinc

18、ipbT(5-21)將式(5-21)代入(5-20)得9/13/24pjb= G(1 - sina 丿(5-22)將式(5-22)代入(5-18)得2i1-slii6/X-)= Bcosa23當(dāng)90時(shí)(5-23)Bcosa1-SLna(5-24)圖17任意方向接地比壓變化由式(523)、(5-24)得2G(1-sm)23bB (1- suit/) -cosuB所以(5-25)P= Pt +P22G(1- ana)3B (1-an a)-cosa BbL3b Ql- smfl)-cos Bsin al7(5-26)2G3B* 土 _1) B當(dāng)“今lim p = lim -“T由血=0得 daG2

19、3B2(1- sinX- cos a) iu-su-cos.2(1-2+1) . 13B (1 -1) 0 B-Ql- sina)*-cos a+ L =0用試湊法可求得a值，將a值代入式（526丿即叮求得任意方向的最人接地比壓。最大接地比壓決定了挖掘機(jī)能否在松軟地面上工作。因此研究履帶的最大接地比壓和最小接地 比壓的變化與重心位置的關(guān)系對正確設(shè)計(jì)履帶行走裝直是重要的。2、履帶式行走裝置牽引力計(jì)算挖掘機(jī)行走時(shí)，鎰要克服行走中所遇到的各種運(yùn)動(dòng)阻力，牽引力也就是用克服這些運(yùn)動(dòng)阻力 的。牽引力計(jì)算原則是行走裝置的牽引力應(yīng)該人總陰力，而牽引力乂不會(huì)超過機(jī)械與地面的附著 力。14/241）履帶運(yùn)行阻力計(jì)

20、算履帶運(yùn)行時(shí)，由驅(qū)動(dòng)輪與履帶軌鏈的嚙合，履帶銷軸間的摩擦以及支幣:輪，導(dǎo)向輪和張動(dòng)輪 等滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦陽力等構(gòu)成了履帶運(yùn)行的阻力；履帶式行走裝置的運(yùn)行阻力有十壤變形阻 力、坡度阻力、內(nèi)阻力和轉(zhuǎn)彎阻力及風(fēng)陰力和慣性阻力。A土壤變形的阻力土壤變形阻力是土壤對履帶運(yùn)行的阻力，由支乖輪沿履帶滾動(dòng)，履帶使土壤受擠壓變形而引 起的.對一條履帶的變形阻力為：尸泌=-Pt,hh對J雙履帯的變形阻力為：幾=Pobh2(5-27)(5-28)式中：幾一土壤的比壓，（kPa）b 履帶寬度，（cm）力一受壓表而下陷深度，（cm）B、履帶對地面的水平擠壓力|勾5J8表示地面在履帶滾輪作用卜的變形惜況，若履帶寬度為b

21、,則圜周上擠壓土壤的微段ds 的面積為bds,則bds面上所受擠壓力為：dFp = pbds式中：p一深度力處的比壓力，（Pa）譏一變形土壤ds段圓弧面上的總擠用力，(N)擠壓力的水卜分為：dFh = “你 sin a(a)乂根據(jù)圖，設(shè)滾輪半徑為R，則有：ds = Rda(b)p = PqIi1 = p0(Rcosa- Rcosa0)(c)圖5-18履帶對水平地面擠壓變形將式（b）和式（c）代入式（a）得:（lFh - bR2p0（cosasina-cosa0 sinala在土壤變形圓弧段的包角范用內(nèi)對上式積分，得到16/24Fh = t PobFPo(5-31)(532)將COSdo =R-

22、h=代入上式，并經(jīng)整理化簡得到單條履帯對地面的水平擠壓力:R(5-29)C、履帶的運(yùn)行比阻力雙履帶的地而總變形陰力Fd即為運(yùn)行阻力:(530)令履帶運(yùn)行比阻力系數(shù)入嚴(yán)電mgFd =人 mg將式(5-31)代入式(5-30)并整理得:2 _ Fd _心;b 一屮嘰 /b I mg2Lpbp 腹2Lp式中：Ad運(yùn)行比阻力系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)確定，見農(nóng)52；m機(jī)器總工作質(zhì)最，(kg)L履帶接地長度，(ni)表5-2運(yùn)行比阻力系數(shù)路而系數(shù)比阻力系數(shù)路面系數(shù)比阻力系數(shù)圓石砌的中級公路0.05-0.06濕地0.10-0.15堅(jiān)實(shí)的土地0.06-0.12冰凍路面0.03-0.04野地0.09-0.12由以上分析町

23、得到如卜結(jié)論：U)履帶運(yùn)行阻力耳與0成正比，故多支點(diǎn)履帶裝置比少支點(diǎn)履帶的地面變形阻力?。?運(yùn)行比阻力系數(shù)人與平均比壓力幾成正比：(3)運(yùn)彳j比阻力系數(shù)兒與卩。成反比，故地面愈松軟，阻力就愈人；(4丿運(yùn)行比阻力系數(shù)人與般帶支承長度L成反比，如果從減小人來看，在同樣的平均比斥力 下，應(yīng)采用較長的履帶，而不用寬履帶。在實(shí)際計(jì)算中，通常采用Fd =易農(nóng)計(jì)算運(yùn)行比阻力；在坡道中運(yùn)行比阻力為Fd =cos a 其中a為坡度角度。2) 坡度阻力坡度阻力是機(jī)器在斜坡上因門重的分力所引起的。設(shè)坡角為Q,則坡度阻力為:(5-33)(5-34)F$ = mg sin a 式中:m挖掘機(jī)工作質(zhì)量,（kg）3）內(nèi)部阻

24、力A驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合阻力Fnl仏誌（1-血）式中：好一履帶緊邊張力，（N）%_驅(qū)動(dòng)輪與履帶的啃介效率，一般取=0.95B.驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪軸頸的摩擦阻力驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪軸頸處的靡擦阻力是由履帶的張力造成的，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪的不同旋轉(zhuǎn)方向，可分 為兩種情況。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪正向旋轉(zhuǎn)，如圖5-19所示，即挖掘機(jī)向前行駛時(shí)，履帶卜分支為緊邊，上分支為松 邊。1點(diǎn)處履帶張力為F,由驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩產(chǎn)生，2、3、4點(diǎn)處履帶的張力為耳，是由初始 張緊力及履帶上分分支懸垂造成的。將驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪軸頸上的靡擦力矩?fù)Q算到朋動(dòng)輪節(jié)圓上，則 有：你嚴(yán)伉+3F）“x#N）（5-35）式中：廳一履帶緊邊張力，（N）化一履帶松邊張力，（

25、N） “一軸頸屮的摩擦系數(shù)，用銅襯套，取“=0.0800,圖F19前進(jìn)時(shí)履帶運(yùn)行張力（1 一驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的軸頸直徑（假定二者直徑相同），（m）D驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑，（m）肖驅(qū)動(dòng)輪反向旋轉(zhuǎn)，如圖5-20所示，即挖掘機(jī)倒退行駛時(shí)，履帶卜分支為松邊，上分支為緊 邊。1點(diǎn)處履帶張力為化，2、3、4點(diǎn)處履帶的張力為斥，由驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩產(chǎn)生。同樣將驅(qū) 動(dòng)和導(dǎo)向輪軸頸上的摩擦力矩?fù)Q算到驅(qū)動(dòng)輪肖圓上，則仃：FKF+3Fx*所 以人2比巴2人得多。由此可見,當(dāng)挖掘機(jī)倒退行駛時(shí),履帶 屮的摩擦損失將比向前行駛時(shí)人。I人1此，挖 掘機(jī)行走時(shí),一般應(yīng)后輪驅(qū)動(dòng),向前行駛。C.履帶銷軸間的摩擦阻力設(shè)履帶節(jié)距為t,驅(qū)動(dòng)輪齒

26、數(shù)為Z,則驅(qū)動(dòng)輪每轉(zhuǎn)-圈，位J：節(jié)圓上的Z塊履帶板郁耍繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每塊履帯板的轉(zhuǎn)角為：4ct =Z在履帶張力作用卜毎塊履帶板銷軸轉(zhuǎn)過a角所做的摩擦功為：W產(chǎn)片二斥曲/號(hào) （W）（5-37）式中履帯拉力，（N）“I 一履帶板銷與孔的摩擦系數(shù)，ZA =0.25-0.4 d一履帶銷軸貢徑，（m）如前所述.液壓挖掘機(jī)常用后輪驅(qū)動(dòng).前進(jìn)和后退叭 履帶上卜分支中的張力是不同的，所以. 履帶銷軸的摩擦阻力F注的計(jì)算也分兩種情況。a.如圖5J9所示，挖掘機(jī)向前行駛，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)一周時(shí)，在1、2、3、4各點(diǎn)均有 履帶板繞上或繞出，每條履帶的履帯銷軸屮的總摩擦功為：W =(FZ +3FQ)/if(W)(5-

27、38)設(shè)履帶板節(jié)距離為則挖掘機(jī)行駛距離為.*z2 輪節(jié)幗上的摩擦阻力為：匸伉+3幾切5 一 :2因此每條履帶板銷軸磨擦阻力換算到驅(qū)動(dòng)(5-39)b、同理對得挖掘機(jī)后退行駛時(shí)履帶銷軸中的爍擦力為: （F+3Fj 加F”廠一:-*/2(5-40)D.支重輪的摩擦損阻力Fn4這項(xiàng)損失的訃算和車輛沿軌道運(yùn)動(dòng) 樣。F”廠等CM。+ 2/)o(541)式中：m作用J：履帶上的總質(zhì)杲，（kg）支幣;輪外徑，（m）d 支重輪銷軸外徑，（m）/一滾動(dòng)肆擦系數(shù)；/=0.030.05心一銷軸和支巫輪軸套Z間的摩擦系數(shù)：ZA =0.1綜上所述，等效到驅(qū)動(dòng)輪節(jié)岡上的每條履帶總內(nèi)陰力分別為：當(dāng)挖掘機(jī)前進(jìn)時(shí)：F” =仏 +

28、 F”，+ Fn, + 臨（5-42）當(dāng)挖掘機(jī)后退時(shí):化=F祇 + F；2 + F： + F”4（543）上面這些計(jì)算公式只白當(dāng)知道履帶全部尺寸，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后才能使用，初算時(shí)，可取履帶 本身阻力等J整機(jī)單邊垂直自重載荷mg的6%,即Fn =0.06mg （N）（5-44）考慮到這些損失，在計(jì)算內(nèi)阻力時(shí)也可取履帶行走裝置效率等P0.8o4）轉(zhuǎn)彎阻力履帶行走裝直轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到的阻力較為復(fù)雜，具屮包括履帶板與地面的摩擦附力，履帶板側(cè)面 剪切土壤的阻力以及履帶板突筋擠斥土壤的阻力等。這吐阻力耍全部進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算是閑難的，但因 第一項(xiàng)阻力最人，也是主耍的，所以重點(diǎn)研究履帶板在轉(zhuǎn)彎時(shí)與地而的摩擦阻力矩。履

29、帶板與地而的摩擦阻力矩主要與履帶上比壓的分布以及不同的工況仃關(guān)。對挖掘機(jī)來說， 由轉(zhuǎn)彎時(shí)機(jī)器空48, Ifijlil：作裝置是懸起的，因此戕帶比壓壟本上町看作均勻分布。因些，履帯的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)可看作如圖5-21所示沿折線行走，即履帶由2至3、3至4為直線運(yùn)行, 而在3處繞履帶自身轉(zhuǎn)一角度。設(shè)履帶寬為b,接地長度為L, H L/b5，則一條履帶的微面積bdx繞履帶中心點(diǎn)0轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的力矩可表示為:伽；=pbxdx式中： p接地比壓，Pa：山一挖掘機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)履帶與地面的摩擦系數(shù)。-條履帶的轉(zhuǎn)彎阻力矩為：圖5-21履帶轉(zhuǎn)彎阻力計(jì)算簡圖1 1 1 1=2f dM m = 2p嗎bf xdx = p/bLr =

30、pt3mL（ 5-45）式中：m挖掘機(jī)匸作質(zhì)量，（kg）L 一履帶接地長度，（m）對J：雙履帶行走的液斥挖掘機(jī)，其轉(zhuǎn)彎阻力矩町認(rèn)為是單條履帯的2倍，即M m =扌“zgl( 546)烽擦系數(shù)3與支承表面土壤性質(zhì)和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，可用經(jīng)驗(yàn)公式表爪為“ _ Amx(5-47)D0.85 + 0.15-B式中：R-行走履帶的轉(zhuǎn)彎半徑，(m)B-履帶軌距，(m)max-單側(cè)履帶制動(dòng)條件.履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)最人摩擦系數(shù)，見卜表表F3履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)最大廉擦系數(shù)“中%土壤性質(zhì)心值土壤性質(zhì)心值有雪的荒地0.6-0.8濕地。耕地0.8-1.0干的土路0.7-0.75沼澤地0.85-0.9干的沙路0.8-0.9潮濕的黏質(zhì)土0.

31、4-0.5在實(shí)際計(jì)算時(shí)，值可近似選取，對堅(jiān)實(shí)地面取較小值，對J：松軟地面取較人值，一般取值范圍為3二0407當(dāng)挖掘機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以把摩擦阻力矩?fù)Q算為轉(zhuǎn)彎行駛阻力e 丄 X(5-48)r 4 R由此可見.轉(zhuǎn)彎行駛陰力與轉(zhuǎn)彎半徑成反比。將履帶平均接地比壓加g2bL(5-49)22/24代入式(548),可得F =丄x山心(5-50)r 2 R由此可見，轉(zhuǎn)彎行駛阻力與履帶接地長度平方成正比。從這一點(diǎn)來看，加人履帶長度対轉(zhuǎn)彎是 不利的。當(dāng)液斥挖掘機(jī)以單條履帶制動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，履帶板側(cè)邊與地面刮土的附加阻力系數(shù)P(P=1.15)根 據(jù)式(547),由RB右“嚴(yán)“口，所以，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎行駛阻力可表示為:幾冷彳S51

32、)(552)在方案設(shè)計(jì)初期，因履帯的輪距與軌距還未確泄，整機(jī)原地轉(zhuǎn)彎阻力按以卜經(jīng)驗(yàn)公式來進(jìn)彳J：驗(yàn) 算：Fr =(0.7 09)“3噸5) 風(fēng)載阻力風(fēng)戦阻力町農(nóng)用為：化=辦代5-53）式中：F -挖掘機(jī)的風(fēng)我阻力，（N）W仇一挖掘機(jī)工作狀態(tài)的風(fēng)壓，取仏=250Pa,人一挖掘機(jī)的迎風(fēng)面積,（m2）6）慣性阻力挖掘機(jī)的行走匸況較為復(fù)朵，慣性阻力主要指整機(jī)啟動(dòng)行駛時(shí)的慣性力，慣性阻力存為：F, = （0.010.02）mg（N）（5-54）綜上所述，以上6種運(yùn)行阻力中，以坡度阻力和轉(zhuǎn)彎阻力為址人，往往耍占到總阻力的2/3, 尤其液斥挖掘機(jī)的原地轉(zhuǎn)彎附力比機(jī)械式的繞一條履帶轉(zhuǎn)彎阻力更人，但轉(zhuǎn)彎和爬坡一

33、般不同時(shí)進(jìn) 行。因此，可以根據(jù)上坡時(shí)作ft線行走的情況計(jì)算履帶行走裝置，并根據(jù)平道上轉(zhuǎn)彎的情況來驗(yàn)算。 故在實(shí)際計(jì)算紐帯行走裝宣的牽引力時(shí)，總是從卜両兩種組合情況中選用較人者，即爬坡時(shí)：F廠 Fd + F$ + FF“ + Fj（5-55）轉(zhuǎn)彎時(shí)：&二巧+仔+佇+化+廳5-56）式中：仔一履帯式液壓挖掘機(jī)的行走牽引力，（N）幾一履帶式液床挖掘機(jī)行走時(shí)的運(yùn)行阻力，（N）耳一履帶式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)的坡道陰力，（N）仟v-履帯式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)行風(fēng)我阻力，（N） 巴一履帯式液壓挖掘機(jī)彳j走時(shí)的轉(zhuǎn)彎阻力，（N） 仔一不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的慣性阻力，（N） 你一履帶式液壓挖掘機(jī)行走時(shí)的內(nèi)阻力，（N）在對液壓

34、挖捌機(jī)的履帶底盤進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，冇些阻力很難精確計(jì)算，因此可用整機(jī)蛍力估算 液壓挖掘機(jī)的行走牽引力，即：f；.=（0.700.85）mg（5-57）若挖掘機(jī)的液壓功率P 丁為已知，則可根據(jù)卜列公式驗(yàn)算彳j走速度等參數(shù)p _ 2（5-58）T 36OO77&式中： Pr 液壓泵的輸出功率，（kW）行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率,取0.80. 85；&，-泵或馬達(dá)的變罠系數(shù)（如采用定時(shí)泵和定磺馬達(dá)，則取&=1）;Ft 引力，（N）u行走速度，（km/h）采用變就泵系統(tǒng)的挖掘機(jī)在爬坡或轉(zhuǎn)彎時(shí)可根據(jù)阻力的增加，門動(dòng)降低彳亍走速度，增加牽引力: 在平坦路面上又能口動(dòng)提速，提離行泄速度。內(nèi)此，牽引力和行走速度兩者通常

35、都能滿足耍求。在采用定昴泵系統(tǒng)時(shí)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率不太富裕，則可以適當(dāng)降低行走速度，滿足必冷的最人 行走牽引力，使挖掘機(jī)在一般路面能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。目前采用變屆泵或變吊9達(dá)的履帶式液壓挖掘機(jī)的最人行走速度般在2.55.5km/h范國內(nèi)， 釆用定磺泵和定晟馬達(dá)的行走速度一般在1.53km/h范川內(nèi)。人型液壓挖掘機(jī)的行走牽引力相對J： 整機(jī)重力的比值和行走速度都較中小型液壓挖掘機(jī)的低.為了保證挖掘機(jī)在坡道上運(yùn)行，W驗(yàn)算直附著力，即牽引力必須小J：履帶和地面之間的附著力:FT Tf = （fin geos a（5-59）式中：0般帶和地面間的附著系數(shù)7-挖掘機(jī)的地面附著力，（N）加一挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)鼠，（k

36、g）a 坡度角。表5-2履帶和地面間的附著系數(shù)（P地面情況平履帶貝冇尖筋的履帶地面情況平履帶具冇尖筋的履帶公路0.3-0.40.6-0.8難以通過的斷絕路0.2-0.30.5-0.6土路0.4-0.50.8-0.9結(jié)冰的堅(jiān)實(shí)道路0.15-0.30.3-0.5不良的野路0.3-0.40.6-0.7例：設(shè)計(jì)一履帶式液床挖掘機(jī)，己知機(jī)電G=8500kg,采用雙聯(lián)軸向變最泵，液斥泵址高斥力P=27.5Mpa, /人流Q-=2*85L/min，兩泵分別驅(qū)動(dòng)左右彳j走馬達(dá)，履帯卩距154mm,張動(dòng)輪齒數(shù)為Z=21,行走減速機(jī)的速比1=50,行走馬達(dá)高速排吊=32C門卩加，行走馬達(dá)低速排鳳q2 = 55cm

37、3 / rpm ,行走馬達(dá)容積效率久= 0.96,行走減速機(jī)的機(jī)械效率幾=0.86。計(jì)算:1）行走機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)扭矩：2）行走裝置的行走速度與牽引力：3）行走機(jī)構(gòu)高速時(shí)原地轉(zhuǎn)彎能力校核；4）低速時(shí)彳亍走裝宣能否爬角度為30度的坡。解：1）行走機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)扭矩：Hi n = Q可川得q85高速時(shí)行走機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速為：,?i=:那久=nF 996 = 51（rpm）/ *50*32低速時(shí)行走機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速為:(ipm)由a/二冬久可知2n莎式039.67高速時(shí)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)扭矩為:27 5* 32*0.86=6022 (Nm)In低速時(shí)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)扭矩為：身“晉 986 = (血2)行走裝置的

38、行走速度與牽引力:馳動(dòng)輪節(jié)H Dk =154=522.4675 (mm)sin18021由V = 30*n*Z*Dx.字 10_可知行走裝置高速時(shí)行走速度:Vi=30*az1*Z*Dji lOr =30*51*522.4675*10 =5.02(km/h)行走裝置低速時(shí)行走速度：V, = 30 * /?, * Z * IO-4,. = 30 29.67 * 522.4675 * IO-6 = 2.92 (km/h)由T = =M2n可知 R行走裝置高速時(shí)驅(qū)動(dòng)扭矩:6022*2 =4610?5 )154*21行走裝置低速時(shí)驅(qū)動(dòng)扭矩:A/2 *210351字2154*21= 79247.3 449

39、82*所以原地能轉(zhuǎn)彎。4）低速時(shí)彳J：疋裝豐能否爬角度為30度的坡30度坡道阻力為：F, = mg sin a = 8500* 9.8* sin 30= 41650 （N）運(yùn)行比阻力為：Fd = Admgcosa = 0.12 * 8500 9.8*cos30 = 8657 （N）運(yùn)行比阻力系數(shù)取人=0.12行走裝置的內(nèi)阻力為Fn = 0.06加g = 0.06*8500*9.8 = 4998（N）行走裝置爬30度坡的總阻力為：F =廠 + 你 + F“ =41650+ 8657 + 4998 = 47517 （N） 低速時(shí)行走牽引力T2 =79247.3 47517,所以爬30度坡。二.行走

40、架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算行走架按挖掘作業(yè)工況和彳J：走轉(zhuǎn)彎工況確定我荷。計(jì)算位置選擇在支承點(diǎn)町能出現(xiàn)最人的支反力位賈。對反儼作業(yè)，一般考渥有：1）橫向挖擁，動(dòng)劈上，卜較點(diǎn)連線水平，斗桿鉛直，鏟斗缸挖掘，切向挖掘阻力鉛直向上時(shí):2）滿斗卜降制動(dòng)，動(dòng)宵由最高卸我位置卜降到最人卸栽半徑時(shí)。對正儼作業(yè)，一般考底勺：1）橫向挖掘，動(dòng)臂缸和斗桿缺力臂最大，鏟斗水，斗桿缸挖掘時(shí)（或鏟斗缸挖掘）。2）在最人挖掘半徑位置進(jìn)行橫向挖掘，或滿斗卜降制動(dòng)，動(dòng)臂ft!最高卸我位置卜降到最人卸 我半徑時(shí)：行走架系空間結(jié)構(gòu)，為簡化計(jì)算作如卜假定：1）將行走架分解成底架橫梁和履帶架兩部分，前者簡支在后者上；2）轉(zhuǎn)臺(tái)及其上而各種裝宣的門

41、重都視為集屮我荷，分別作用在工裝的方向上；3）按三支點(diǎn)考慮支反力。1、底架橫梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算以A, B, C為支承點(diǎn)，動(dòng)臂位垂直i B. C連線的方向，轉(zhuǎn)臺(tái)以上豆力G2和挖掘阻力Fvl22,24的介力作用J：M點(diǎn)，與回轉(zhuǎn)支承中心線的距離離為s,底架橫梁門耋力G1作用J：回轉(zhuǎn)中心。 由v = o得：Ra + Rb + Rc = G +G? + Fwl由:ZX卄o得：年+G +盡a bsb as=Rffb(5-60)恥 G + fJ 幕輕Ug + fJEabyla +lrab(5-61)(5-62)(5-63)色 + y + F巴 _ G + F)_r22- ab硏序危險(xiǎn)截面處1一1的彎矩為：M =

42、 Ae2、履帶架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算按一條履帶町能出現(xiàn)垠為不利的載荷考慮，為此假定履帯只通過端部柴動(dòng)輪或?qū)蜉喼С性诘?面匕；或由履帶架中間的一個(gè)支匝輪支承在地面上等兩種匸況。工況1：假定由Al, El, D1三點(diǎn)支承，動(dòng)臂位J; Al, D1連線的垂直方向，則E1點(diǎn)的支反 力為,心=G+B）瑋半564）在橫梁支承點(diǎn)處的履帶架斷面的彎矩為：M-咻（D工況2：橫向挖掘，假定一邊履帶架僅由履帶架中間 的-個(gè)支巫輪支承時(shí)，則此E點(diǎn)的反力為：心=辛+笛邑+（$+倫斥（5-65）式中：G：下車1R力履帯架中段斷而處彎矩為：=扛（5-66）4對行走轉(zhuǎn)彎匸況，履帶卜分支受橫向水平力作用.該 水平力按三角形分布，如圖所示，履帶架將產(chǎn)生橫向彎矩 和扭轉(zhuǎn)。圖5-23履帶梁計(jì)算簡圖運(yùn)行工況應(yīng)考慮F坡并轉(zhuǎn)彎,工作裝置較大外伸時(shí)。30 24